RJP工法在粘土心墻壩基礎防滲的創新應用

□周雪梅□包芬芬（黃河勘測規劃設計有限公司）

RJP工法在粘土心墻壩基礎防滲的創新應用

□周雪梅□包芬芬（黃河勘測規劃設計有限公司）

吉布洛上游調蓄水庫首部樞紐由碾壓混凝土重力壩段和心墻堆石壩段組成，粘土心墻壩壩基覆蓋層含有花崗巖全風化土層，土體比較密實，導致高壓旋噴灌漿技術RJP工法切削能力受限。在施工中，創新地將高壓噴管增加一對高壓噴嘴，增大高壓水流和對土體的切削能力，實現加大防滲墻的直徑和強度。高壓旋噴灌漿技術RJP工法在花崗巖全風化地層中有了全新的應用，可為同類基礎防滲設計提供借鑒。

高壓旋噴灌漿技術RJP工法；花崗巖全風化地層；粘土心墻壩

0 引言

吉布洛上游調蓄水庫位于赤道幾內亞共和國境內的WELE河上，距離入海口大西洋約173km。該工程設計為中壩有壓引水式電站，由首部樞紐、發電系統等組成。首部樞紐由碾壓混凝土重力壩段和心墻堆石壩段組成，最大壩高46m，壩軸線長574m。其中碾壓混凝土重力壩段位于河床部位，心墻堆石壩段布置在重力壩兩側。水庫總庫容12.72億m3，工程規模為大（1）型，工程等別為Ⅰ等。

粘土心墻壩壩基覆蓋層主要為第四系坡殘積物（Q4dl+el），一般表層0.50m富含植物根系，主要為粘土、砂質粘土、粉質粘土及壤土，厚0.80～23.40m。由于花崗巖坡殘積成因，土質不均，一般底部可見中夾有未完全風化的礦物顆粒，顆粒具棱角，粒徑大小約0.20～2mm，其含量隨深度的增加而增加。

粘土心墻壩壩基在兩岸坡殘積層內，根據鉆孔注水試驗資料，坡殘積層滲透系數平均5.20×10-4cm/s，屬中等透水。因此，必須進行防滲處理。如采用挖除上部土層至設計深度澆筑混凝土等措施，在建筑材料均靠進口的非洲國家，此方案經濟代價較高。而采用傳統的高壓旋噴灌漿技術，難以在較密實的風化殘積土中形成有效的防滲體。為了滿足防滲要求引入了高壓旋噴灌漿的RJP工法，在粘土心墻以下設置旋噴墻進行防滲處理，旋噴墻厚度按0.80m控制，向下伸入基巖1m。

1 高壓噴射灌漿技術基本原理、方法

1.1 基本原理

高壓噴射灌漿技術土質條件適用范圍較廣，主要適用于處理淤泥、淤泥質土、黏性土、粉土、黃土、砂土、人工填土和碎石土等地基，工程適用范圍較廣。加固土體的基本性質有：固結體直徑可調整、固結體形狀可不同、重量輕、滲透系數小、固結體強度高、具有較好的耐久性。

噴射灌漿法加固地基通常分為兩個階段。第一階段為成孔階段，即采用普通的鉆機預成孔或者驅動密封良好的噴射管和帶有一個或兩個橫向噴嘴的特制噴射頭進行成孔；第二階段為噴射加固階段，即用高壓水泥漿（或其他硬化劑）通過噴射管由橫向噴嘴向土中噴射，與此同時，鉆桿一邊旋轉，一邊向上提升。由于高壓細噴射流有強大切削能力，因此噴射的水泥漿一邊切削四周土體，一邊與之攪拌混合，形成圓柱狀的水泥與土的混合加固體。

噴射灌漿法的加固半徑Ra和許多因素有關，其中包括噴射壓力P、提升速度S、現場土的剪切強度τ、噴嘴直徑d和漿液稠度B等。加固范圍與噴射壓力P、噴嘴直徑d成正比，而與提升速度S，土的剪切強度τ和漿液稠度B成反比。

1.2 RJP工法特性

目前，高壓噴射灌漿分為單管法、二管法、三管法和多管法，赤幾上調水庫兩岸壩基采用三管法。三管法是使用分布輸送水、氣、漿三種介質的三管，在壓力達到20～50MPa左右的高壓或超高壓水噴射流的周圍環繞0.70～0.80MPa的圓管狀氣流，利用水氣同軸射流沖切土體，另由泥漿注入壓力為0.20～0.70MPa、漿量為80～100L/min的稠漿充填，當采用不同的噴射方式，可形成各種要求形狀的凝結體。RJP工法全稱RodinJetPile工法，它仍使用三重管，分別輸送水、氣、漿，與原三重管工法不同的地方是，不僅水壓為20～50MPa的高壓，而且水泥漿液也同樣采用高壓（20～40MPa）噴射，并在其外圍環繞約1MPa的空氣流；能進行第二次沖擊切削土體，對巖土體的切削能力和噴射距離均增大，RJP工法固結體直徑大于三重管工法，其對地基巖土體的適應性更廣。

2 RJP工法的創新運用

2.1 RJP工法的創新研究

在兩岸粘土心墻壩旋噴墻施工過程中，因為基礎含有花崗巖全風化殘積土，土體比較密實，導致切削能力受限，旋噴灌漿成樁直徑及強度不達標。要獲得較大的防滲加固體，一般需要加大泵壓，但限于國內機械水平，常用的噴射水壓力為20～40MPa。最后采用通過現場加工，將高壓噴管增加一對高壓噴嘴，來加大噴嘴的面積，在維持壓力不變的情況下增強對土體的切削能力，從而實現加大防滲墻的直徑和強度。高壓旋噴灌漿技術RJP工法也首次得以在花崗巖全風化地層中得到推廣應用。

該工法的示意圖及現場測試見圖1、圖2。

圖1 RJP工法示意圖

圖2 噴管噴嘴測試圖

2.2 試驗結果

防滲墻施工前，進行了高壓旋噴灌漿試驗，以確定施工工藝的可行性和施工參數。試驗后，通過開挖查看旋噴樁、取樣檢測，表明RJP工法在本工程中的加固效果較傳統的三管法更優。兩種工法試驗旋噴樁徑和搭接效果對比見圖3、圖4。

圖3 普通三管法高壓旋噴效果圖

圖4 RJP工法高壓旋噴試驗效果圖

2.3 壩基防滲處理方案

壩基高壓旋噴灌漿部位主要為粘土心墻壩段，布置范圍為整個左岸粘土心墻壩段，起止樁號為0-15～0+207.38，以及部分右岸粘土心墻壩段，起止樁號為0+383.38～0+438.30。旋噴灌漿孔數量共計278孔，其中左岸粘土心墻壩段布置有210孔，右岸粘土心墻壩段布置有68個孔。旋噴墻厚度按0.80m控制，深入基巖1m。

2.4 防滲處理效果評價

高壓旋噴防滲墻的加固土體膠結質量和防滲性能根據鉆孔取芯和試驗進行檢查，按10%比例抽樣，鉆孔檢查宜在高噴灌漿結束28d后進行。檢查孔孔位布置在防滲墻中心軸線上，鉆孔、取芯和進行靜水頭壓水試驗。每10孔布置1個檢查孔做壓水試驗。

在抽檢的高壓旋噴孔中，通過各項檢驗試驗，滲透系數均能滿足要求，抗壓強度95%以上能滿足要求，對局部不滿足要求的試驗芯樣分析發現，是由于局部地層中花崗巖風化程度不一，出現未完全風化的小塊，試樣加載時，在風化塊體周圍出現應力集中，導致試樣發生變形破壞較快。因此，在抗壓強度不合格率較高的旋噴孔中，再進行一次復灌，然后進行取樣檢測，均能達到要求。

3 結語

高壓旋噴灌漿技術RJP工法在赤道幾內亞吉布洛上游水庫工程壩基土石壩段防滲帷幕中的成功應用，相比采用傳統的高壓旋噴灌漿技術，其灌漿效果明顯，它創新地將高壓噴管增加一對高壓噴嘴，增大了高壓水流和對土體的切削能力，壩基巖土體強度得到明顯加強，防滲效果顯著。本次高壓旋噴灌漿技術RJP工法在花崗巖全風化地層中的應用，較傳統高壓旋噴灌漿技術適應的淤泥、淤泥質土、黏性土等，有了新的實踐。豐富了高壓旋噴灌漿技術的適應性。首次在粘土心墻壩基礎處理中應用高壓噴射灌漿技術RJP工法，擴大了它的應用范圍。

（責任編輯：劉長垠韋詩佳）

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2016-06-14